В центре массивных галактик находятся сверхмассивные чёрные дыры, масса которых в миллионы раз превышает массу нашего Солнца. Когда эти галактики сталкиваются, чёрные дыры часто начинают вращаться вокруг друг друга, что в конечном итоге приводит к их слиянию.
Ожидается, что этот процесс станет самым мощным источником гравитационных волн, или ряби в пространстве-времени, — неуловимых и давно желанных ключей к пониманию Вселенной. Эти волны, впервые предсказанные общей теорией относительности Альберта Эйнштейна в 1916 году, до сих пор не были обнаружены астрономами напрямую.
«Гравитационные волны — это следующий большой шаг в астрофизике, и их обнаружение позволит по-новому взглянуть на Вселенную, — сказал Дэвид Робертс из Брандейского университета. — Важно получить как можно больше информации об источниках этих волн», — добавил он.
Единственная проблема заключается в том, что такие слияния происходят не так уж часто.
Ранее учёные считали, что это обычная процедура при столкновении галактик со сверхмассивными чёрными дырами, но исследование под руководством Робертса показало, что такие слияния происходят менее чем в 1,3 % галактик, что в пять раз меньше, чем считалось ранее.
«Это может значительно снизить уровень гравитационных волн очень большой длины, исходящих от Х-образных радиогалактик, по сравнению с более ранними оценками», — сказал Робертс. «Очень важно установить связь между гравитационными волнами и объектами, которые мы видим через электромагнитное излучение, например радиоволны, чтобы углубить наше понимание фундаментальной физики».
Команда использовала Очень большую антенную решётку Карла Янского Национального научного фонда и изучила группу галактик, известных как X-образные радиогалактики, которые отличаются особой структурой. Они испускают струи сверхбыстрых частиц, которые выбрасываются дисками из материала, вращающимися вокруг чёрных дыр в их центре. Это указывает на то, что эти радиогалактики изменили направление. Астрономы предполагают, что изменение направления является признаком того, что в какой-то момент в прошлом галактика слилась с другой.
Исследователи провели эксперимент только с 11 подходящими галактиками из первоначального списка, включавшего до 100 потенциальных объектов.
Впервые гравитационные волны были обнаружены при наблюдении за пульсаром, вращающимся вокруг другой звезды. Эта система была открыта в 1974 году Джозефом Тейлором и Расселом Халсом. Пульсары — это вращающиеся сверхплотные нейтронные звёзды, которые излучают световые и радиоволны, похожие на лучи маяка. Это позволяет точно измерять скорость их вращения, согласно статье Universe Today.
Наблюдения Тейлора и Хасла показали, что орбиты звёзд разрушаются именно с той скоростью, которая предсказывается уравнениями Эйнштейна, указывающими на то, что гравитационные волны уносят энергию из системы, согласно пресс-релизу. За это открытие они получили Нобелевскую премию в 1993 году.
Результаты исследования могут помочь учёным лучше понять, когда и как можно обнаружить гравитационные волны, хотя теперь они знают, насколько это будет сложнее.